INFORME DE PLC

Integrantes

Sebastián Segovia Tapia

Guillermo Jiménez Peró

Descripción

El termino PLC proviene de las siglas en inglés (Programable Logic Controller), que en español significa Controlador Lógico Programable.

A fin de la década del ’60, grandes empresas de la industria automotor de los EEUU imponen a sus proveedores de automatismo unas especificaciones para la realización de un sistema de control electrónico para máquinas transfer: Este equipo debe ser fácilmente programable, sin recurrir a las computadoras industriales ya en servicio en la industria.

Un PLC o autómata programable es toda máquina electrónica diseñada para controlar, en tiempo real y en medio industrial, procesos secuenciales. Realiza funciones lógicas: series, paralelos, temporizaciones, cuentas; y otras más potentes como cálculos, regulaciones, etc. Otra manera de definir un PLC es como una caja negra en la que existen:

Terminales de entrada a los que se conectan pulsadores, finales de carrera, fotocélulas, detectores.

Terminales de salida a los que se conectan bobinas de contactores, electroválvulas, lámparas.

Estructura Interna del PLC

Los PLC se componen esencialmente de 3 partes:

Sección de entradas Unidad de Control de Procesos (CPU) Sección de salidas

La sección de entradas. Mediante el interfaz, adapta y codifica de forma comprensible por la CPU, las señales procedentes de los dispositivos de entrada o captadores esto es, pulsadores, finales de carrera, sensores, etc. También tiene una misión de protección de los circuitos electrónicos internos del PLC, realizando una separación eléctrica entre éstos y los captadores.

La unidad central de procesos CPU. Es, por decirlo así, la inteligencia del sistema ya que, mediante la interpretación de las instrucciones del programa de usuario y, en función de los valores de las entradas, activa las salidas deseadas.

La sección de salidas. Mediante el interfaz, trabaja de forma inversa a la de entradas; es decir, decodifica las señales procedentes de la CPU, las amplifica y manda con ellas los dispositivos de salida o actuadores –lámparas, relés, contactores, arrancadores, electroválvulas, etc.

La Unidad Central de Procesos CPU

La CPU es el corazón del autómata programable. Se encarga de recibir las órdenes del usuario por la consola de programación y el módulo de entradas. Posteriormente las procesa para enviar respuestas al módulo de salida. En su memoria se encuentra el programa destinado a controlar el proceso.

Las funciones de la CPU son:

Monitorear que el tiempo de ejecución del programa no exceda el tiempo determinado máximo. A esta función se le conoce como WatchDog (Perro Guardián).

Chequeo del sistema. Ejecutar programa de usuario. Crear una imagen de las entradas, debido a que no el programa de

usuario accede directamente a las entradas. Renovar el estado de las salidas en función en función de la

imagen obtenida al finalizar la ejecución del programa de usuario.

La CPU está constituida por los siguientes elementos: memoria, procesador y circuitos auxiliares asociados.

Memorias

Dentro de la CPU se dispone de un área de memoria la cual es para diversas funciones:

Memoria del usuario: Normalmente, el programa de usuario se graba en memoria RAM, ya que no sólo ha de ser leído por el microprocesador, sino que ha de poder ser variado cuando el usuario lo desee, utilizando la unidad de programación. En algunos PLC, la memoria RAM se auxilia de una memoria sombra del tipo EEPROM. La desconexión de la alimentación o un fallo borraría esta memoria, ya que al ser la RAM una memoria volátil, necesita estar constantemente alimentada y es por ello que los PLC que la utilizan llevan incorporada una batería tampón que impide su borrado.

Memoria de datos: La memoria de esta área también es del tipo RAM. En ella se encuentran, por un lado, la imagen de los estados de las entradas y salidas, y, por otro, los datos numéricos y variables internas, como contado- res, temporizadores, marcas, etc.

Memoria de programa: Esta memoria que, junto con el procesador, compone la CPU, se encuentra dividida en dos áreas: la llamada memoria del sistema, que utiliza memoria RAM, y la que corresponde al programa del sistema o firmware, que es un programa fijo grabado por el fabricante y, por tanto, utiliza el tipo de memoria ROM. En algunos PLC se utiliza únicamente la EPROM, de tal forma que se puede modificar el programa memoria del sistema, previo borrado del anterior con UV.

Procesador

Está constituido por el microprocesador, el generador de impulsos de onda cuadrada o reloj, y algún chip auxiliar.

El microprocesador es un circuito integrado (chip) a gran escala de integración (LSI) que realiza una gran cantidad de operaciones, que podemos agrupar en:

Operaciones de tipo lógico. Operaciones de tipo aritmético. Operaciones de control de transferencia de datos dentro del PLC.

Los circuitos auxiliares internos pueden ser:

Circuitos de la unidad aritmética lógico (ALU): Es la parte del microprocesador donde se realizan los cálculos y las decisiones lógicas para controlar al PLC.

Circuitos de la unidad de control: Organiza todas las tareas del microprocesador. Así, por ejemplo, cuando una instrucción del programa codificada en código máquina (ceros y unos) llega al microprocesador, la UC sabe, mediante una pequeña memoria ROM que incluye, qué secuencia de señales tiene que emitir para que se ejecute la instrucción.

Registros: Los registros del microprocesador son memorias en las que se almacenan temporalmente datos, instrucciones o direcciones, mientras necesitan ser utilizados por el microprocesador. Los registros más importantes de un microprocesador son los de instrucciones, datos, direcciones, acumulador, contador de programa, de trabajo, y el de bandera o de estado.

Fuente de alimentación

La fuente de poder o alimentación nos entrega las tensiones necesarias para el funcionamiento de las distintas partes del sistema.

La alimentación de un PLC puede ser continua o alterna, al ser alterna dentro del PLC tiene una etapa rectificadora y estabilizadora.

Módulos de comunicación

Esta modulo del PLC es el encargado de transferir los datos que tiene el autómata al mundo exterior y también de ingresar el programa al PLC mediante un computador o por la teclera de programación. Puede ser utilizado para conectar una red de PLC`S o conectar el autómata a un sistema SCADA (Supervisión Control y Adquisición de Datos).

Los módulos de comunicación varían dependiendo del tipo de PLC, algunos pueden ser RS-232 o RS-485.

Estructura Externa del PLC

El termino estructura externa se refiere a su aspecto físico exterior, a los bloques o elementos que está dividido.

Desde su creación han sido varias las estructuras que han salido al mercado, que varían no solo del fabricante sino también de su procedencia si es europeo o norteamericano. Actualmente son dos las estructuras que predominan el mercado:

Estructura compacta Estructura modular

Estructura compacta. Este tipo de PLC se caracteriza por tener en un solo bloque todos sus elementos (Fuente de alimentación, CPU, Memorias, Entradas/Salidas, etc.). El montaje del PLC al armario que ha de contenerlo se realiza por cualquiera de los sistemas conocidos: riel DIN, placa perforada, etc.

PLC compacto

Estructura modular. También conocida como estructura europea. Su principal característica es que existe un módulo para cada función (fuente de alimentación, CPU, entradas/salidas, etc.). Estos módulos se montan en rack los cuales van unidos por un bus externo.

La estructura americana se caracteriza por separar las E/S del resto del PLC, de tal forma que en un bloque compacto están reunidas las CPU, memoria de usuario o de programa y fuente de alimentación, y separadamente las unidades de E/S en los bloques o tarjetas necesarias.

PLC modular

Unidad de Entradas y Salidas

La función principal es adaptar las tensiones e intensidades de trabajo de los captadores y actuadores a las de trabajo de circuitos electrónicos del PLC, realizar una separación eléctrica entre los circuitos lógicos de los de potencia generalmente, a través de opto acopladores y proporcionar el medio de identificación de los captadores y actuadores ante el procesador.

Entradas

Las entradas son fácilmente identificables, ya que se caracterizan físicamente por sus bornes para acoplar los dispositivos de entrada o captadores, por su numeración, y por su identificación input o entrada.

La mayoría llevan una indicación luminosa de activado, por medio de un diodo LED. Las entradas pueden ser de 2 tipos:

Analógicas Digitales

Analógicas. Cuando la magnitud que se acopla a la entrada corresponde a una medida de, por ejemplo, presión, temperatura,

velocidad, etc., esto es, analógica, es necesario disponer de este tipo de módulo de entrada. Su principio de funcionamiento se basa en la conversión de la señal analógica a código binario mediante un convertidor analógico-digital. La variable que sale del CAD se deposita en un registro interno del PLC, esto es debido a que el PLC solo trabajo con señales digitales. Dicha conversión se realiza con una determinada resolución (número de bit), entre más resolución tiene el modulo más precisa es su lectura.

Digitales. Son las más utilizadas y corresponden a una señal de entrada todo o nada esto es, a un nivel de tensión o a su ausencia. Ejemplo de elementos de este tipo son los finales de carrera, interruptores, pulsadores, switch de corriente, sensores diferenciales de presión etc.

Salidas

La identificación de las salidas se realiza con la indicación de output o salida. Es en las salidas donde se conectan o acoplan los dispositivos de salida o actuadores. Incluye un indicador luminoso LED de activado. Al igual que las entradas las salidas pueden ser:

Analógicas Digitales

Analógicas. Permiten que el valor de una variable interna del PLC se convierta en tensión o intensidad. Lo que realiza es una conversión D/A, puesto que el PLC solo trabaja con señales digitales. Esta conversión se realiza con una precisión o resolución determinada. Esta señal sirve de referencia para actuadores que permiten un mando analógico como variadores de frecuencia, actuadores de válvula, etc. De esta manera permite al PLC realiza funciones de regulación y control de procesos continuos.

Digitales. Un módulo de salida digital permite al PLC programable actuar sobre actuadores que admitan órdenes de tipo todo o nada. Hay distintos tipos de salidas digitales:

A relé A transistor A triac

Mientras que la salida a transistor se utiliza cuando los actuadores son a CC, las de relés y triacs suelen utilizarse para actuadores a AC.

Conexionado de entradas y salidas

La eficaz puesta en funcionamiento de los PLC pasa, necesariamente, por una correcta conexión de los elementos de entrada y de los actuadores, en las salidas. De esta forma, conseguimos las ventajas de:

El buen funcionamiento y la ausencia de averías por esta causa. La limitación en el número de entradas y salidas que se van a

utilizar.

Conexionado entradas

Estos pueden ser de dos tipos: captadores con tensión y captadores sin tensión.

Los captores sin tensión que se pueden conectar a los PLC pueden ser de varios tipos, entre otros:

Pulsadores. Interruptores. Finales de carrera. Etc.

Ejemplo de conexionado de captadores sin tensión.

Ejemplo de conexionado de captadores sin tensión.

Los captores con tensión pueden ser:

Detectores de proximidad. Transmisores de presión. Célula fotoeléctrica. Etc.

Al elegirlos, lo haremos de tal forma que su tensión de trabajo coincida con la tensión de entrada al PLC. Si este no es igual se deberá poner una fuente de alimentación externa.

En la figura se puede observar el conexionado de este tipo de entradas:

Conexionado salidas

En los contactos de salida del PLC se conectan las cargas o actuadores, bien a través de otros elementos de mando –como pueden ser los contactores, relés, etc. O directamente, si las condiciones de corriente máxima lo permiten.

Las salidas se pueden distribuir en varios grupos independientemente de 1, 2, 4, 5, etc., contactores; de tal forma que pueden utilizar varias tensiones, según las necesidades de las cargas.

La salidas pueden ser de tres tipos salidas a rele, transistores y triacs.

Salida transistor. Cuando se utilice CC, y cuando las cargas sean de poco consumo, rápida respuesta y alto número de operaciones como es el caso de circuitos electrónicos se debe utilizar estos tipos de salidas. Su vida es superior a la del relé.

Salidas a relés (CA o CC). Este tipo de salida suele utilizarse cuando el consumo tiene cierto valor (del orden de amperios) y cuando las conmutaciones no son demasiado rápidas. Son empleadas en cargas de contactores, electroválvulas, etc.

Lenguajes de programación

Los PLC modernos pueden ser programados de muchas formas, desde la lógica de escalera hasta lenguajes de programación tradicionales como el Basic o C. Otro método es usar la Lógica de Estados (State Logic), un lenguaje de programación de alto nivel diseñado para programas PLC basándose en los diagramas de transición de estados.

Escalera o ladder

Lenguaje de programación gráfico muy popular dentro de los plc debido a que está basado en los esquemas eléctricos de control clásicos, esto hace más fácil adaptarse a la programación a cualquier personas con conocimientos en electricidad. Los elementos más comunes de programación en escalera de un PLC son los siguientes:

Símbolo Nombre Descripción

Contacto NA

Se activa cuando hay un uno lógico en el elemento que representa, esto es una variable interna o un bit de sistema.

Bobina NCSe activa cuando la combinación que hay a su entrada (izquierda) da un cero lógico.

Bobina SET

Una vez activa (puesta a 1) no se puede desactivar (puesta a 0) si no es por su correspondiente bobina en RESET. Sirve para memorizar bits.

Bobina JUMP

Permite saltarse instrucciones del programa e ir directamente a la etiqueta que se desee. Sirve para realizar subprogramas.

Listado de instrucciones (mnemónicos)

Lenguaje de programación de basado en instrucciones de tipo lógicas escritas, que combinadas dan origen a una línea de programa

las que combinadas entre sí dan lugar a una línea de programa. Un conjunto de líneas de programa da origen a un programa propiamente tal. Ejemplo:

En este ejemplo, el programa se interpreta similar a un programa computacional convencional: Instrucción: "LOD", valor: " 1 ", siguiente instrucción: "OR", valor: "3"...Este tipo de lenguaje es práctico para ser programado mediante programadores portátiles.

Diagramas de Bloques

Una de las formas más recientes de programar un PLC es a través de una carta gráfica de bloques funcionales. Este tipo de programación ha sido diseñado para describir, programar y documentar la secuencia del proceso de control. En Europa, se ha comenzado a utilizar el lenguaje de programación llamado GRAFCET (creado en FRANCIA), orientado a la programación de PLC mediante bloques funcionales. Debido a que hoy en día el control de procesos se programa principalmente con lógica secuencial, la programación con bloques funcionales será pronto el estándar para programar PLC.

Ejemplo Programa Diagrama de Bloques.

Diagrama de estados

En UML (Lenguaje Unificado de Modelado), un diagrama de estados es un diagrama utilizado para identificar cada una de las rutas o caminos que puede tomar un flujo de información luego de ejecutarse cada proceso.Permite identificar bajo qué argumentos se ejecuta cada uno de los procesos y en qué momento podrían tener una variación.El diagrama de estados permite visualizar de una forma secuencial la ejecución de cada uno de los procesos.